Apa itu Sistem Pendingin Industri?
Bangunan komersial menggunakan sistem Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) untuk menghilangkan kelembapan dan mendinginkan bangunan. Bangunan komersial modern mencari sistem dan komponen HVAC yang efisien sebagai bagian dari inisiatif yang lebih luas yang berpusat pada kinerja dan keberlanjutan bangunan. Penghuni gedung juga memiliki harapan besar, bahwa sistem HVAC akan berfungsi sebagaimana mestinya . . . untuk menciptakan lingkungan interior yang nyaman terlepas dari kondisi di luar bangunan.
Pendingin telah menjadi komponen HVAC penting dari berbagai fasilitas komersial, termasuk hotel, restoran, rumah sakit, arena olahraga, industri dan pabrik, dll. Industri telah lama menyadari bahwa sistem pendingin mewakili konsumen tunggal terbesar penggunaan listrik di sebagian besar fasilitas. Mereka dapat dengan mudah mengkonsumsi lebih dari 50% dari total penggunaan listrik selama periode musiman. Menurut Departemen Energi AS (DOE), pendingin dapat digabungkan untuk menggunakan sekitar 20% dari total daya listrik yang dihasilkan di Amerika Utara. Selain itu, DOE memperkirakan bahwa chiller dapat menghabiskan hingga 30% dalam penggunaan energi tambahan karena berbagai inefisiensi operasional. Ketidakefisienan yang diakui ini merugikan perusahaan dan membangun fasilitas miliaran dolar per tahun.
Secara umum, chiller memfasilitasi perpindahan panas dari lingkungan internal ke lingkungan eksternal. Perangkat transfer panas ini bergantung pada keadaan fisik refrigeran saat bersirkulasi melalui sistem chiller. Pastinya, pendingin dapat berfungsi sebagai jantung dari sistem HVAC sentral mana pun.
Bagaimana Cara Kerja Chiller?
Sebuah chiller bekerja berdasarkan prinsip kompresi uap atau penyerapan uap. Chiller menyediakan aliran pendingin yang terus menerus ke sisi dingin dari sistem air proses pada suhu yang diinginkan sekitar 50°F (10°C). Pendingin kemudian dipompa melalui proses, mengeluarkan panas dari satu area fasilitas (misalnya, mesin, peralatan proses, dll.) saat mengalir kembali ke sisi balik sistem air proses.
Sebuah chiller menggunakan sistem pendinginan mekanis kompresi uap yang terhubung ke sistem air proses melalui alat yang disebut evaporator. Refrigeran bersirkulasi melalui evaporator, kompresor, kondensor dan alat ekspansi chiller. Proses termodinamika terjadi pada masing-masing komponen chiller di atas. Evaporator berfungsi sebagai penukar panas sehingga panas yang ditangkap oleh proses aliran pendingin berpindah ke refrigeran. Saat perpindahan panas terjadi, refrigeran menguap, berubah dari cairan bertekanan rendah menjadi uap, sementara suhu pendingin proses berkurang.
Refrigeran kemudian mengalir ke kompresor, yang menjalankan banyak fungsi. Pertama, ini menghilangkan refrigeran dari evaporator dan memastikan bahwa tekanan di evaporator tetap cukup rendah untuk menyerap panas pada laju yang benar. Kedua, meningkatkan tekanan dalam uap refrigeran yang keluar untuk memastikan bahwa suhunya tetap cukup tinggi untuk melepaskan panas saat mencapai kondensor. Refrigeran kembali ke keadaan cair di kondensor. Panas laten yang dilepaskan saat refrigeran berubah dari uap menjadi cair dibawa keluar dari lingkungan oleh media pendingin (udara atau air).
Jenis Pendingin:
Seperti dijelaskan, dua media pendingin yang berbeda (udara atau air) dapat memfasilitasi transfer panas laten yang dilepaskan saat refrigeran berubah dari uap menjadi cair. Dengan demikian, pendingin dapat menggunakan dua jenis kondensor, berpendingin udara dan berpendingin air.
- Kondensor berpendingin udara menyerupai "radiator" yang mendinginkan mesin mobil. Mereka menggunakan blower bermotor untuk memaksa udara melintasi kisi-kisi garis refrigeran. Kecuali jika dirancang khusus untuk kondisi ambien tinggi, kondensor berpendingin udara memerlukan suhu sekitar 95 ° F (35 ° C) atau di bawahnya untuk beroperasi secara efektif.
- Kondensor berpendingin air melakukan fungsi yang sama seperti kondensor berpendingin udara, tetapi membutuhkan dua langkah untuk menyelesaikan perpindahan panas. Pertama, panas berpindah dari uap refrigeran ke air kondensor. Kemudian, air kondensor hangat dipompa ke menara pendingin di mana panas proses akhirnya dibuang ke atmosfer.
Pendingin Berpendingin Air:
Pendingin berpendingin air memiliki kondensor berpendingin air yang terhubung dengan menara pendingin. Mereka umumnya digunakan untuk instalasi menengah dan besar yang memiliki pasokan air yang cukup. Pendingin berpendingin air dapat menghasilkan kinerja yang lebih konstan untuk AC komersial dan industri karena relatif independen terhadap fluktuasi suhu sekitar. Berbagai ukuran chiller berpendingin air mulai dari model berkapasitas 20 ton kecil hingga model beberapa ribu ton yang mendinginkan fasilitas terbesar di dunia seperti bandara, pusat perbelanjaan, dan fasilitas lainnya.
Sebuah chiller berpendingin air khas menggunakan air kondensor resirkulasi dari menara pendingin untuk mengembun refrigeran. Chiller berpendingin air berisi zat pendingin yang bergantung pada suhu air masuk kondensor (dan laju aliran), yang berfungsi dalam kaitannya dengan suhu bohlam basah sekitar. Karena suhu bohlam basah selalu lebih rendah dari suhu bohlam kering, suhu kondensasi zat pendingin (dan tekanan) dalam chiller berpendingin air seringkali dapat beroperasi secara signifikan lebih rendah daripada chiller berpendingin udara. Dengan demikian, pendingin berpendingin air dapat beroperasi lebih efisien.
Pendingin berpendingin air biasanya berada di dalam ruangan di lingkungan yang terlindung dari unsur-unsurnya. Oleh karena itu, chiller berpendingin air dapat menawarkan umur yang lebih lama. Pendingin berpendingin air biasanya merupakan satu-satunya pilihan untuk instalasi yang lebih besar. Sistem menara pendingin tambahan akan membutuhkan biaya pemasangan dan pemeliharaan tambahan dibandingkan dengan pendingin berpendingin udara.
Pendingin Berpendingin Udara:
Pendingin berpendingin udara mengandalkan kondensor yang didinginkan oleh udara lingkungan. Dengan demikian, pendingin berpendingin udara mungkin menemukan aplikasi umum di instalasi yang lebih kecil atau sedang di mana batasan ruang mungkin ada. Chiller berpendingin udara dapat mewakili pilihan paling praktis dalam skenario di mana air mewakili sumber daya yang langka.
Chiller berpendingin udara yang khas dapat dilengkapi kipas baling-baling atau siklus pendinginan mekanis untuk menarik udara sekitar ke kumparan bersirip untuk mengembunkan refrigeran. Kondensasi uap refrigeran dalam kondensor berpendingin udara memungkinkan perpindahan panas ke atmosfer.
Pendingin berpendingin udara menawarkan keuntungan yang signifikan dari biaya pemasangan yang lebih rendah. Perawatan yang lebih sederhana juga dihasilkan karena kesederhanaan relatifnya dibandingkan dengan pendingin berpendingin air. Pendingin berpendingin udara akan menempati lebih sedikit ruang, tetapi sebagian besar akan berada di luar fasilitas. Dengan demikian, elemen luar ruangan akan membahayakan umur fungsionalnya.
Sifat pendingin berpendingin udara yang mencakup semuanya mengurangi biaya perawatan. Kesederhanaan relatifnya ditambah dengan kebutuhan ruang yang berkurang menghasilkan keuntungan besar dalam banyak jenis instalasi.
Tindakan untuk Meningkatkan Efisiensi Sistem Chiller:
Biaya chiller menghabiskan sebagian besar tagihan utilitas gedung Anda. Tindakan apa yang harus diambil untuk mendapatkan penghematan energi melalui efisiensi maksimal dari sistem chiller? Mari kita periksa beberapa kemungkinan.
Pemeliharaan Berkelanjutan
Sistem pendingin akan beroperasi lebih efisien melalui pemeliharaan berkelanjutan yang tepat. Sebagian besar organisasi mengakui nilai ini dan telah mengambil langkah-langkah sebagai bagian dari praktik terbaik manajemen fasilitas sehari-hari mereka. Beberapa praktik terbaik umum untuk sistem chiller meliputi:
Periksa dan bersihkan kumparan kondensor. Perpindahan panas memiliki pengaruh besar pada sistem chiller dan tetap menjadi dasar untuk menghasilkan operasi chiller yang efisien. Perawatan rutin harus memeriksa koil kondensor dari penyumbatan dan saluran udara bebas.
Pertahankan pengisian refrigeran. Hasil bagi pendinginan chiller tergantung pada tingkat refrigeran yang tepat dalam sistem. Mempertahankan pengisian bahan pendingin yang tepat dapat sangat memengaruhi efisiensi energi dengan mengurangi biaya pendinginan hingga hampir 5-10%.
Memelihara air kondensor: Loop air kondensor yang digunakan dengan menara pendingin harus mempertahankan aliran air yang tepat seperti yang dirancang. Kotoran apa pun seperti pasir, padatan erosif, dan bahan kontaminasi dapat memengaruhi putaran air kondensor. Fouling atau penskalaan dapat menghambat aliran air dan sangat memengaruhi efisiensi pengoperasian chiller.
Pemeliharaan prediktif
Artificial Intelligence (AI) terus berkembang dalam aplikasi praktis sehari-hari. Mesin seperti sistem chiller akan mendapat manfaat dari algoritme AI yang dapat mendeteksi potensi kegagalan sebelum terjadi. Pemeliharaan prediktif memanfaatkan pengumpulan dan analisis data operasional sistem chiller untuk menentukan kapan tindakan pemeliharaan harus dilakukan sebelum terjadi kegagalan besar. Karena sistem pendingin mewakili jantung dari sebagian besar sistem HVAC modern, pencegahan kegagalan bencana yang menghasilkan "waktu henti" yang signifikan akan menghemat biaya perbaikan darurat serta reputasi. Peran penting yang dimainkan oleh sistem chiller menjamin peningkatan pengawasan. Big Data dan AI akan meminimalkan waktu henti dan memaksimalkan produktivitas.
Internet of Things (IoT) menyediakan alat pengumpulan data yang dapat mengaktifkan aplikasi AI seperti pemeliharaan prediktif. Faktanya, masa depan HVAC adalah AI dan IoT. IoT memungkinkan pengumpulan data real-time dari chiller untuk memungkinkan analisis berkelanjutan dari operasinya. Data IoT granular yang dikumpulkan dari chiller akan jauh melampaui yang diperoleh dengan inspeksi visual. IoT menghubungkan insinyur bangunan ke visibilitas real-time dari aset HVAC kritis, sehingga memungkinkan pemantauan informasi kondisi operasi aktual.
Optimasi
Pendingin beroperasi sebagai bagian dari sistem HVAC yang kompleks. Pendingin berpendingin air memiliki kompleksitas yang lebih besar karena koneksi ke sistem menara pendingin. Oleh karena itu, mengevaluasi kinerja pabrik chiller secara keseluruhan akan melibatkan analisis konsumsi daya total kompresor, pompa, kipas menara pendingin, dll. untuk mengevaluasi langkah-langkah efisiensi yang komprehensif seperti kW/ton.
Optimalisasi keseluruhan pabrik chiller harus dilakukan secara holistik. Berbagai penyesuaian yang berfokus pada setpoint air dingin yang optimal, pengurutan chiller, dan penyeimbangan beban, manajemen permintaan puncak, manajemen air menara pendingin, dll. hanya dapat dilakukan dengan data operasional. IoT dapat menyediakan alat untuk pengoptimalan tersebut dengan menyediakan pemantauan konsumsi daya secara real-time dari setiap bagian pabrik chiller, suhu suplai/pengembalian dari chiller dan menara pendingin, laju aliran air dari loop air kondensor, dll. IoT telah menemukan aplikasi praktis di HVAC untuk memfasilitasi optimasi sejati.
Kesimpulan:
Efisiensi operasional chiller akan sangat mempengaruhi biaya operasional gedung Anda. Pemeliharaan rutin yang sedang berlangsung merupakan minimum dari perspektif manajemen fasilitas. Pemeliharaan prediktif dan optimalisasi sistem chiller memerlukan data operasional waktu nyata. IoT telah membuka pintu ke bentuk efisiensi chiller baru.